20. September 2018
Mission Mars Express

Cer­be­rus Fossae: Tau­send Ki­lo­me­ter lan­ge, jun­ge tek­to­ni­sche Brü­che auf dem Mars

Blick auf die Region Cerberus Fossae
Blick auf die Re­gi­on Cer­be­rus Fossae
Bild 1/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

Blick auf die Region Cerberus Fossae

Die Gra­ben­brü­che der Cer­be­rus Fossae in der Ely­si­um-Ebe­ne ver­lau­fen al­le von Nord­west nach Süd­ost. In der Bild­mit­te sind die zwei mar­kan­tes­ten Grä­ben zu se­hen, wei­ter süd­lich (links im Bild; Nor­den ist rechts) be­fin­den sich noch zwei wei­te­re, schma­le Grä­ben. Die Kräf­te, die zum Auf­bre­chen der Krus­te ge­führt ha­ben, ent­fal­te­ten ih­re Wir­kung senk­recht da­zu. Die glat­ten Flä­chen be­ste­hen aus er­starr­ter dünn­flüs­si­ger La­va. Die we­ni­gen Ein­schlags­kra­ter auf ih­rer Ober­flä­che zei­gen an, dass die Vul­kan­aus­brü­che erst in geo­lo­gisch jüngs­ter Ver­gan­gen­heit er­folgt sind. Wenn man in das Bild hin­ein­zoomt, sieht man an man­chen Stel­len, wo die Fron­ten der La­va­strö­me ver­lau­fen sind und wo sie an to­po­gra­phi­sche "Hin­der­nis­se" an­ge­bran­det sind. Auch aus den Cer­be­rus Fossae drang La­va an die Mars-Ober­flä­che, zeit­wei­se wo­mög­lich auch Was­ser.
Perspektivischer Blick von Südosten nach Nordwesten über Cerberus Fossae
Per­spek­ti­vi­scher Blick von Süd­os­ten nach Nord­wes­ten über Cer­be­rus Fossae
Bild 2/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

Perspektivischer Blick von Südosten nach Nordwesten über Cerberus Fossae

Wie vom Mes­ser durch­schnit­ten er­scheint die Land­schaft in der Re­gi­on Cer­be­rus Fossae auf dem Mars. Die tek­to­ni­schen Bruch­struk­tu­ren ent­stan­den vor we­ni­ger als hun­dert Mil­lio­nen Jah­ren, viel­leicht so­gar erst vor zehn Mil­lio­nen Jah­ren. Dies lässt sich auch am Pro­fil der Fossae ab­le­sen, die von ex­trem stei­len, stel­len­wei­se fast senk­rech­ten, mehr als 500 Me­ter ho­hen Wän­den be­grenzt sind.
Perspektivischer Blick von Nord nach Süd über Cerberus Fossae
Per­spek­ti­vi­scher Blick von Nord nach Süd über Cer­be­rus Fossae
Bild 3/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

Perspektivischer Blick von Nord nach Süd über Cerberus Fossae

Wür­den Astro­nau­ten in ei­ner fer­nen Zu­kunft in der Ely­si­um-Ebe­ne mit ih­ren Mars­fahr­zeu­gen nord­öst­lich an den Vul­ka­nen Ely­si­um Mons und Al­ba Pa­te­ra auf Er­kun­dungs­fahrt ge­hen, stün­de ih­nen am Rand der Cer­be­rus Fossae ein ähn­li­ches Er­leb­nis be­vor wie dem Spa­ni­er Gar­cía Ló­pez de Cár­den­as, der 1540 als ers­ter Eu­ro­pä­er stau­nend am Rand des Grand Ca­ny­on stand. Und wie die­ser müss­ten die Astro­nau­ten auf ih­rer Rou­te um­keh­ren oder ei­nen wei­ten Um­weg in Kauf neh­men. Die Cer­be­rus Fossae ha­ben ex­trem stei­le, stel­len­wei­se fast senk­rech­te, über 500 Me­ter ho­he Wän­de. Sie ent­stan­den durch Deh­nung der Mar­s­krus­te als tek­to­ni­sche Brü­che, durch die auch Mag­ma an die Ober­flä­che auf­stieg und die Ebe­nen mit dünn­flüs­si­ger La­va über­flu­te­te.
3D-Ansicht der Region Cerberus Fossae
3D-An­sicht der Re­gi­on Cer­be­rus Fossae
Bild 4/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

3D-Ansicht der Region Cerberus Fossae

Aus dem senk­recht auf die Mar­so­ber­flä­che ge­rich­te­ten Na­dir­ka­nal des vom DLR be­trie­be­nen Ka­me­ra­sys­tems HR­SC auf der ESA-Son­de Mars Ex­press und ei­nem der vier schräg bli­cken­den Ste­reo­kanä­le las­sen sich so­ge­nann­te Ana­gly­phen­bil­der er­zeu­gen. Sie er­mög­li­chen bei der Ver­wen­dung ei­ner Rot-Blau- oder Rot-Grün-Bril­le ei­nen rea­lis­ti­schen, drei­di­men­sio­na­len Blick auf die Land­schaft. Dar­auf ist gut zu er­ken­nen, wie zahl­rei­che Kra­ter in der Bild­mit­te, die ur­sprüng­lich ein eher schüs­sel­för­mi­ges Pro­fil hat­ten, von dünn­flüs­si­ger La­va ge­flu­tet und manch­mal fast bis zum Rand mit vul­ka­ni­schen Ab­la­ge­run­gen ge­füllt wur­den. Im Ge­gen­satz da­zu hat der et­wa 30 Ki­lo­me­ter große Kra­ter am rech­ten (nörd­li­chen) Bild­rand ei­nen mäch­ti­gen Kra­ter­rand, der ver­hin­der­te, dass die La­ven der Flut­ba­sal­te in sein et­wa 2500 Me­ter tie­fes In­ne­re ström­ten. Mit der Zoom­funk­ti­on kann auch in die nur an we­ni­gen Stel­len über ei­nen Ki­lo­me­ter brei­te Gra­ben­brü­che der Cer­be­rus Fossae ge­blickt wer­den.
Die Region Cerberus Fossae in der Elysium-Ebene
Die Re­gi­on Cer­be­rus Fossae in der Ely­si­um-Ebe­ne
Bild 5/6, Credit: NASA/JPL (MOLA)/FU Berlin.

Die Region Cerberus Fossae in der Elysium-Ebene

In der Ely­si­um-Ebe­ne gibt es mit Ely­si­um Mons und Al­bor Tho­lus zwei große Vul­ka­ne, die ver­mut­lich bis in die jün­ge­re geo­lo­gi­sche Ver­gan­gen­heit noch ak­tiv wa­ren. In der wei­te­ren Um­ge­bung fin­den sich da­her zahl­rei­che Spu­ren tek­to­ni­scher Vor­gän­ge, wie zum Bei­spiel Deh­nungs­brü­che, zu de­nen auch die Cer­be­rus Fossae ge­hö­ren. Das vom DLR be­trie­be­ne Ka­me­ra­sys­tem HR­SC auf der ESA-Raum­son­de Mars Ex­press fo­to­gra­fier­te wäh­rend Or­bit 17.813 den ein­ge­zeich­ne­ten Auf­nah­me­strei­fen, die Land­schaft der in die­ser Bild­ver­öf­fent­li­chung ge­zeig­ten Bil­der be­fin­det sich in dem klei­ne­ren Recht­eck.
Topographische Bildkarte der Region Cerberus Fossae
To­po­gra­phi­sche Bild­kar­te der Re­gi­on Cer­be­rus Fossae
Bild 6/6, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

Topographische Bildkarte der Region Cerberus Fossae

Aus den un­ter ver­schie­de­nen Win­keln auf­ge­nom­me­nen Bild­strei­fen des HR­SC-Ka­me­ra­sys­tems auf Mars Ex­press wer­den di­gi­ta­le Ge­län­de­mo­del­le der Mar­so­ber­flä­che be­rech­net, die für je­den auf­ge­nom­me­nen Bild­punkt ei­ne Hö­hen­in­for­ma­ti­on bein­hal­ten. Das Re­fe­renz­ni­veau, auf den sich die Hö­hen­an­ga­ben be­zie­hen, ist ei­ne ge­dach­te Flä­che glei­cher An­zie­hungs­kraft, wie es auf der Er­de der Mee­res­s­pie­gel dar­stellt. Die­se so­ge­nann­te Äqui­po­ten­ti­al­flä­che hat die Form ei­nes zwei­ach­si­gen El­lip­so­ids und wird in An­leh­nung an das grie­chi­sche Wort für Mars (Ares) Areo­id ge­nannt. Mit der Farb­ko­die­rung des di­gi­ta­len Ge­län­de­mo­dells las­sen sich die Hö­hen­un­ter­schie­de gut er­fas­sen: Das am tiefs­ten ge­le­ge­ne Ge­biet in ei­nem et­wa 30 Ki­lo­me­ter großen Kra­ter be­fin­det sich 5500 Me­ter un­ter dem Areo­id, die rot dar­ge­stell­ten Re­gio­nen sind mit 3000 Me­ter gut zwei­ein­halb Ki­lo­me­ter hö­her ge­le­gen. Die Cer­be­rus Fossae sind bis zu 500 Me­ter tief.
  • Die Gräben Cerberus Fossae sind besonders auffällige tektonische Bruchstrukturen, da sie beinahe über eintausend Kilometer parallel verlaufen.
  • Entstanden sind sie durch relativ junge vulkanische Aktivität, wahrscheinlich vor weniger als hundert Millionen Jahren.
  • Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Planetenforschung

Vulkanismus geht auf allen erdähnlichen Planeten und dem Mond häufig mit tektonischen Verschiebungen in der Gesteinskruste einher. Magmablasen steigen aus dem Inneren nach oben, schaffen sich beim Aufstieg Platz und ergießen ihr geschmolzenes Gestein als Lava über die Oberfläche. So entstehen durch die entleerte Magmakammer wiederum Hohlräume und die starren Gesteinsmassen der Kruste können absacken und sich verschieben. Auf der Planetenoberfläche lassen sich die tektonischen Bewegungen, je nach Charakter, bei Kontraktion als Überschiebungen und bei Extension als Dehnungsbrüche nachvollziehen. Letzteres ist auf dem Mars die häufigere Form von Tektonik. Die Cerberus Fossae sind zwei über nahezu tausend Kilometer parallel verlaufende Dehnungsbrüche in einer jungen Vulkanebene der Region Elysium Planitia. Das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte und auf der ESA-Mission Mars Express betriebene Kamerasystem HRSC fotografierte die markanten Gräben im Januar 2018. Die systematische Verarbeitung der Kameradaten erfolgte am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof.

Die Cerberus Fossae - lateinisch für die Gräben des Kerberos, des mehrköpfigen "Höllenhundes", der in der griechischen Mythologie den Eingang zur Unterwelt bewacht - sind besonders markante tektonische Bruchstrukturen. Beide Gräben verlaufen fast exakt parallel und erstrecken sich von Nordwesten bis nach Südosten. Sie sind überall extrem steilwandig und durchschneiden die Lavaebenen an manchen Stellen sogar nahezu senkrecht. Das ist ein Hinweis darauf, dass die Gräben noch sehr jung sind, denn im Laufe der Zeit führt die Erosion dazu, dass von den Hängen und der Geländekante immer wieder Gestein abbricht und die Abhänge an Steilheit einbüßen.

Eine der jüngsten geologischen Strukturen auf dem Mars

Auch die wenigen Einschlagskrater in der vulkanischen Ebene zeigen, dass die Landschaft hier noch nicht sehr alt sein kann. Zählt man alle Krater und misst ihre unterschiedlichen Durchmesser, kann das Alter der Lavaströme durch Vergleich mit anderen Gebieten auf dem Mars recht gut bestimmt werden. Diese Methode der Altersbestimmung von geologischen Flächen wird auf allen Körpern mit fester Oberfläche im Sonnensystem angewandt. Die Wissenschaftler gehen deshalb davon aus, dass Teile dieser Ebene erst in geologisch jüngerer Vergangenheit von dünnflüssiger Lava überflutet wurden, möglicherweise sogar vor weniger als hundert Millionen Jahren. Auch aus den Cerberus Fossae drang Lava an die Oberfläche (später vermutlich auch Grundwasser).

Somit ist die nahe des Äquators gelegene Region der Cerberus Fossae eine der jüngsten geologischen Strukturen auf dem Mars. Auch wenn die zahlreichen Raumsonden, die den Planeten aus der Umlaufbahn beobachteten oder wie Mars Express noch heute untersuchen, keinerlei Anzeichen von aktivem Vulkanismus entdecken konnten, rechnen die Wissenschaftler trotzdem mit tektonischen Bewegungen in der Marskruste. Diese Marsbeben soll das Experiment SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) der französischen Weltraumagentur CNES auf der am 6. Mai 2018 gestarteten NASA-Raumsonde InSight aufzeichnen. InSight wird am 26. November 2018 einige hundert Kilometer weiter westlich ebenfalls in der Elysium-Ebene landen und zum Jahreswechsel mit der Aufzeichnung von Marsbeben beginnen. Damit sollen der Zustand und der Aufbau des Marsinneren untersucht werden. An Bord von InSight ist auch das vom DLR entwickelte Experiment HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package), mit dem der Wärmefluss von Kern und Mantel zur Marsoberfläche gemessen werden soll, um Rückschlüsse über den Zustand und die Entwicklung des metallischen Kerns des Mars ziehen zu können.

Cerberus und Athabasca Valles: Teile der großen Vulkanprovinz Elysium

Bei den Cerberus Fossae handelt es sich um tektonische Bruchstrukturen, die höchstwahrscheinlich durch Dehnung von Krustenmaterial oder durch Krustenabsenkungen bei der Bildung vulkanischer Gänge entstanden sind. Einzelne rundlich geformte Einsturzkessel weisen auf eine frühe Phase der Dehnung hin und sind besonders gut im nördlichen Teil der Cerberus Fossae zu beobachten. Rund um die im Nordwesten gelegene Vulkanprovinz Elysium mit dem 12,5 Kilometer hohen Vulkan Elysium Mons haben sich in der Vergangenheit außerdem zahlreiche vulkanische Gänge gebildet. Die Bildung solcher Gänge kann zu Deformationen der Marskruste und zur Entstehung von Brüchen und Gräben an der Oberfläche führen.

Westlich des hier gezeigten Bildausschnitts liegt das Ausflusstalsystem Athabasca Valles (siehe Bild 6), das in den Cerberus Fossae entspringt. Vermutlich ist die Marskruste vor Millionen von Jahren entlang der Cerberus Fossae bis in große Tiefe aufgebrochen, was den Austritt von Lava aus einem unterirdischen vulkanischen Magmenreservoir und auch Grundwasser ermöglichte. Das dunkle Material innerhalb der Cerberus Fossae und am Boden des unbenannten Einschlagkraters wurde durch Winde hierher verfrachtet und bildet Dünen, die aus dunklen Sanden bestehen. Dunkle Dünen kommen auf der Marsoberfläche sehr häufig vor und bestehen aus alter vulkanischer Asche.

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